Перетворення вуглеводів при виробництві харчових продуктів. Гідроліз вуглеводів

Гідроліз вуглеводів є основним процесом, який застосовують у харчових технологіях і залежить від багатьох факторів: рН середовища, температури, наявності ферментів, конфігурації молекул. Він відбувається не лише у процесі виробництва харчових продуктів, але і при їх зберіганні.

Із дешевої крохмальної сировини шляхом гідролізу одержують різну продукцію: патоку, мальтозу, глюкозу, фруктозні сиропи. Ступінь конверсії крохмалю в D-глюкозу у розчині вимірюється в одиницях глюкозного еквівалента (ГЕ) - це вміст (у%) редукуючих цукрів, виражений у кількості глюкози на суху речовину.

Кислотний гідроліз вуглеводів тривалий час був основним при одержанні глюкози із крохмалю. Недоліком його є використання концентрованих кислот і високих температур, які негативно впливають на вуглеводи, піддають їх дегідратації, трансглікозилюванню.

Під дією кислоти спочатку послаблюються і розриваються асоціативні зв’язки між молекулами амілози і амілопектину. Це призводить до руйнування крохмальних зерен і утворення гомогенної маси. Далі відбувається розрив α-D-(1,4)- та α-D-(1,6)-зв’язків з приєднанням молекул води.

Внаслідок контролю перебігу процесу, та зміни його умов можна отримати різне співвідношення компонентів гідролізу (олігосахаридів, декстринів, мальтози, три- і тетрасахаридів), що відповідає певному значенню ГЕ, що видно з рис..

Рис. Зміна вмісту цукру при кислотному гідролізі крохмалю

У наш час для гідролізу крохмалю використовують комплекс ферментів.

α-амілаза – ендоамілаза, яка гідролізує внутрішньомолекулярні зв’язки у молекулах крохмалю. Вона ніби розрихлює зерно на частини – декстрини, тетра- і тримальтозу (рис.).

Рис. Гідроліз крохмалю α-амілазою

β-амілаза і глюкоамілаза – екзоферменти, які атакують молекули крохмалю з нередукуючого кінця. β-амілаза гідролізує передостанні α-(1,4)-зв’язки клейстеризованого крохмалю до мальтози (рис.).

Рис. Гідроліз крохмалю β -амілазою

β-амілаза

Крохмаль мальтоза + β-декстрин

54-48% 42-46%

Глюкоамілаза відщеплює послідовно кінцеві молекули α-D-глюкози, гідролізує так же швидко і α-1,6-зв’язки, якщо за ними йде α-1,4. Глюкоамілаза здатна в десятки разів швидше гідролізувати високополімерний субстрат, ніж оліго- і дицукриди.

Ферментативний гідроліз крохмалю застосовують у багатьох харчових технологіях: приготування тіста і випікання хліба, виробництві пива (одержання пивного сусла, сушіння солоду), квасу, спирту, органічних кислот, глюкози, патоки, цукрових сиропів.

Гідроліз цукрози може відбуватися у присутності харчових кислот, при незначному нагріванні. Утворені за цих умов глюкоза і фруктоза беруть участь в реакціях дегідратації, карамелізації, меланоїдиноутворення, утворюючи ароматичні і забарвлені продукти.

Ферментативний гідроліз цукрози з участю β-фруктофуранозидази (інвертази, сахарази) застосовують у кондитерському виробництві для одержання глазурі, карамельних цукерок, у хлібопекарській промисловості для покращення аромату хліба, виробництві вин, соків та безалкогольних напоїв для зниження вмісту цукру.

Ферментативний гідроліз інших поліцукридів використовується в харчових технологіях для більш повної переробки сировини і покращення якості продукції.

Основою клітинних оболонок рослин є геміцелюлоза і пектинові речовини. У виробництві соків і вина для збільшення виходу і покращення фільтрації, кращого освітлення діють комплексом ферментів: геміцелюлазних, пектолітичних (пектинестераза, протопектиназа, полігалакторуназа), целюлолітичних (ендоглюконаза, целобіогідролаза, целобіаза) та ін. Гідроліз пентозанів при виробництві солоду має важливе значення для утворення ароматичних речовин.

Гідроліз целюлози відбувається набагато складніше, що пов’язано з її молекулярною структурою і наявністю β-D (1,4) зв’язків між мономерами.